(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を偏向走査する光走査装置と、
前記光走査装置による前記レーザ光の照射により静電潜像が形成される感光体ドラムと、
前記感光体ドラムに形成された前記静電潜像に、現像剤を付着させることによって現像する現像手段と、
前記現像手段により付着された前記現像剤を被記録媒体に転写する転写手段と、
前記記録媒体を搬送する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱ローラと、外周面に弾性体層が形成された定着ローラと、前記定着ベルトを介し前記定着ローラに圧接する加圧ローラと、前記加圧ローラの非通紙部に接触して温度を検知する温度検出手段とを備え、回転する前記加圧ローラと前記定着ローラとが接して形成されるニップ部に前記記録媒体を通過させ、前記記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着装置と、を備えた画像形成装置において、
前記加圧ローラは、内部に加熱手段を備え、前記定着装置において前記加圧ローラの設定温度を、前記記録媒体の連続通紙枚数に応じて段階的に引き上げ、
前記加圧ローラは、弾性体層を備え、前記弾性体層の厚みが、０．５ｍｍから１．５ｍｍであり、
前記定着装置において、前記記録媒体の搬送方向に対する前記ニップ部の出口点における、前記定着ローラの接線と、前記記録媒体の搬送方向とにより構成される剥離角度を、２３度以上に保つことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に係り、より詳細には、感光体ドラム上に形成された静電潜像にトナーを供給し、現像されたトナー像を熱溶融して記録媒体上に定着を行う定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置（例えば、プリンタ等）には、記録媒体（記録紙または用紙）上に形成されたトナー像を熱溶融することによって用紙上に定着させる定着装置が備えられている。この定着装置の一例として、特許文献１に示されているように、定着ローラと加圧ローラとから構成されるローラ対方式の定着装置が知られている。
【０００３】
定着ローラは、アルミ等の金属性中空芯金の表面に弾性層が形成されたローラ部材であり、この芯金の内部に熱源としてハロゲンランプが配置された構成である。そして温度制御装置が、定着ローラの表面に設けられた温度検出手段から出力される信号に基づいてハロゲンランプをオン／オフ制御することによって、定着ローラ表面の温度を制御する。
【０００４】
加圧ローラは、芯金上に被覆層としてシリコンゴム等の耐熱性弾性層を設けたローラ部材である。この加圧ローラは、定着ローラ周面に対して圧接され、加圧ローラの上記弾性層の弾性変形によって、定着ローラと加圧ローラとの間に定着ニップ領域（定着ニップ部）が形成される。
【０００５】
上記構成において、定着装置では、未定着のトナー像が形成された用紙を定着ローラと加圧ローラとの間の定着ニップ領域に挟み込み、これら両ローラを回転させることによって上記用紙を搬送するとともに、定着ローラ周面の熱により用紙上のトナー像を溶融させて用紙に定着させる。
【０００６】
画像形成装置の高速化に対応し、記録媒体の搬送方向の幅方向において、定着ニップ領域の幅（ニップ幅）を広げる必要がある。ニップ幅を広くする方法として、定着ローラの弾性層を厚くすること、又は定着ローラの径を大きくすることが挙げられる。しかし、定着ローラの弾性層の熱伝導性は非常に低いため、弾性層を厚くすると、動作可能な所定の温度にまで上昇させる動作であるウォーミングアップ時間が長くなる。
【０００７】
また、ローラ対方式の定着装置において、朝一電源投入後に定着ローラおよび加圧ローラは、温室状態にあり、電源オン後に所定の温度にまで上昇させる必要があるため、長いウォームアップ時間を要する。また、コピー動作が行われていない待機状態では、ローラ表面を所定温度に保持する必要があるため、コピー動作が行われていない時も、常に加熱していなければならず、コピー動作以外に無駄なエネルギーを消費する。
【０００８】
また、画像形成装置のプロセス速度を高速化すると、定着ローラの温度が定着温度に追従することができなくなる。一方、定着ローラの径を大きくすると、加熱に用いるハロゲンランプ等の加熱手段の消費電力が増大してしまう。
【０００９】
特許文献１によれば、ベルト定着において、速熱性を実現するために、定着ローラには熱容量が小さいスポンジをゴム層に使用し、さらに定着温度を下げるために、加圧ローラのゴム層を厚く柔らかくしてニップ幅を確保して定着を行い、これを用いて画像形成を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１３３５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の定着装置の定着ローラによる定着では、用紙の剥離に有効なゴム層の反発性が、定着ベルトに対し十分に発揮できず、用紙の剥離性が低下するという課題がある。このため、定着ニップ部の出口点（用紙の搬送方向の定着ニップ部端部）において、用紙の排出を加圧ローラ側に向けるように加圧ローラの曲率に応じて用紙が剥離される必要があるが、用紙の排出が加圧ローラ側に向かうほど、用紙のカール（反り）が大きくなる。特に、坪量の小さい用紙の定着動作を行う場合、用紙が定着ベルトに巻き付く不具合を生じたり、ジャム（紙詰まり）が発生するという課題がある。
【００１２】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、坪量の小さい用紙の定着ベルトへの巻付き、用紙の紙詰まり及び用紙のカールを防止する定着装置及びこれを備える画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために本発明に係る定着装置及びこれを備えた画像形成装置の各構成は、次の通りである。
【００１４】
本発明の画像形成装置は、レーザ光を偏向走査する光走査装置と、前記光走査装置による前記レーザ光の照射により静電潜像が形成される感光体ドラムと、前記感光体ドラムに形成された前記静電潜像に、現像剤を付着させることによって現像する現像手段と、前記現像手段により付着された前記現像剤を被記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体を搬送する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱ローラと、外周面に弾性体層が形成された定着ローラと、前記定着ベルトを介し前記定着ローラに圧接する加圧ローラと、前記加圧ローラの非通紙部に接触して温度を検知する温度検出手段とを備え、回転する前記加圧ローラと前記定着ローラとが接して形成されるニップ部に前記記録媒体を通過させ、前記記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着装置と、を備えた画像形成装置において、前記加圧ローラは、内部に加熱手段を備え、前記定着装置において前記加圧ローラの設定温度を、前記記録媒体の連続通紙枚数に応じて段階的に引き上げ、前記加圧ローラは、弾性体層を備え、前記弾性体層の厚みが、０．５ｍｍから１．５ｍｍであり、前記定着装置において、前記記録媒体の搬送方向に対する前記ニップ部の出口点における、前記定着ローラの接線と、前記記録媒体の搬送方向とにより構成される剥離角度を、２３度以上に保つことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、前記記録媒体を搬送する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱ローラと、外周面に弾性体層が形成された定着ローラと、前記定着ベルトを介し前記定着ローラに圧接する加圧ローラと備え、回転する前記加圧ローラと前記定着ローラとが接して形成されるニップ部に前記記録媒体を通過させ、前記記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着装置であって、前記記録媒体の搬送方向に対する前記ニップ部の出口点における、前記定着ローラの接線と、前記記録媒体の搬送方向とにより構成される剥離角度を、２３度以上に保つことで、記録媒体が定着ベルトから離れ良くなって用紙剥離性が向上することができ、且つ記録媒体のカールを防止することができるという優れた効果を奏し得る。
【００１９】
本発明によれば、前記加圧ローラは、内部に加熱手段を備え、定着装置の前記加圧ローラの設定温度を、前記記録媒体の枚数に応じて段階的に引き上げることで、定着ベルトと加圧ローラとの温度差を小さくすることができ、記録媒体のカールの防止と剥離性の向上を同時に成し遂げることができるという優れた効果を奏し得る。
【００２０】
本発明によれば、定着装置の前記加圧ローラは、弾性体層を備え、前記弾性体層の厚みが、０．５ｍｍから１．５ｍｍであることで、熱伝導性を向上することができ、記録媒体上の利地状の光沢ムラの発生を防止することができるという優れた効果を奏し得る。
【００２１】
本発明によれば、本発明の画像形成装置は、レーザ光を偏向走査する光走査装置と、前記光走査装置による前記レーザ光の照射により静電潜像が形成される感光体ドラムと、前記感光体ドラムに形成された前記静電潜像に、現像剤を付着させることによって現像する現像手段と、前記現像手段により付着された前記現像剤を被記録媒体に転写する転写手段と、を備えた画像形成装置において、前記定着装置を用いることで、記録媒体が定着ベルトから離れ良くなって用紙剥離性が向上することができ、且つ記録媒体のカールを防止することができ、利地状の光沢ムラの無い画像形成を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る定着装置の定着ニップ部における剥離角度を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る定着装置において用紙の剥離性を向上する好適な条件を見出すための実験結果を表す表図である。
【図５】本発明の実施形態に係る定着装置の剥離角度と用紙坪量との関係を示した概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係る定着装置の剥離角度と用紙のカール量との関係を示した概略図である。
【図７】本発明の実施形態に係る定着装置における定着ベルトと加圧ローラとの温度差の関係を示す一例である。
【図８】本発明の実施形態に係る定着装置における定着ベルトと加圧ローラとの温度差の関係を示す一例である。
【図９】本発明の実施形態に係る定着装置における定着ベルトと加圧ローラとの温度差と、加圧ローラの厚さとの関係を示す一例である。
【図１０】本発明の実施形態に係る定着装置における加圧ローラ４の各ゴム厚に対応する加圧ローラのセンター温度の落ち込み及び梨地ムラとの関係を表した表図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態に係る定着装置１を備える画像形成装置１００を説明する。尚、本実施形態では、画像形成装置をカラー複合機に適用した場合である。図１は、本発明の実施形態に係る定着装置１を備えた画像形成装置１００の構成を示す概略図である。
【００２４】
本実施形態に係る画像形成装置１００は、図１に示すように、読み取った原稿の画像やネットワーク等を介して外部から送信された画像データに基づいて記録部材（用紙８）に対して多色および単色の画像を形成する。
【００２５】
画像形成装置１００は、図１に示すように、４組の可視像形成ユニット１０（１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｂ）、定着装置１、給紙トレイ１４、制御部（図示せず）、露光ユニット９１、中間転写ベルト５０、用紙搬送路Ｓ、レジストローラ７１、手差しトレイ１６及び排紙トレイ１５を備える。
【００２６】
可視像形成ユニット１０は、現像装置２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、感光体ドラム３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）、クリーナユニット４１（４１ａ、４ｂ１、４１ｃ、４１ｄ）、帯電装置５１（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）、中間転写ベルト６１、転写ローラ８８、感光体ドラム駆動手段（図示せず）、現像装置駆動手段（図示せず）を備える。
【００２７】
可視像形成ユニット１０（１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｂ）において、画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像装置２（２ａ〜２ｄ）、感光体ドラム３１（３１ａ、〜３１ｄ）、クリーナユニット４１（４１ａ〜４１ｄ）、除電装置（図示せず）及び帯電装置５１（５１ａ〜５１ｄ）は、各色に応じた４種類の静電潜像を形成するように、それぞれ４個設けられている。そして、それぞれａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに設定され、４つの可視像形成ユニット１０が構成されている。尚、本実施形態では、４色を用いたカラー画像の形成を行っているが、６色を用いるなど複数色のカラー画像形成及びモノクロの画像形成にも適用できる。
【００２８】
露光ユニット９１は、レーザ光源においてレーザダイオードを使用するレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）である。露光ユニット９１は、入力された画像データに応じて、帯電装置５１によって均一に帯電された感光体ドラム３１の外周面を露光することによって、感光体ドラム３１の外周面に上記入力画像データに応じた静電潜像を形成するものである。尚、レーザダイオードの代わりにＥＬ（Electro Luminescence）又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子をアレイ状に並べた書込みヘッドを用いる構成であっても良い。
【００２９】
現像装置２は、それぞれの感光体ドラム３１上に形成された静電潜像をブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）のトナーにより顕像化する。
【００３０】
クリーナユニット４１は、クリーニングブレード（図示せず）を備え、該クリーニングブレードを感光体ドラム３１の外周面に沿って当接（又は摺接）するように配置し、現像及び静電潜像の転写後における感光体ドラム３１の表面上に残留したトナーを除去及び回収する。
【００３１】
感光体ドラム３１（３１ａ〜３１ｄ）は、外周面の一部が中間転写ベルト５０の表面に接触するように配置されるとともに、ドラムの外周面に沿って電界発生部としての帯電装置５１、現像装置２、除電手段４６及びクリーナユニット４１が近接配置されている。それぞれの感光体ドラム３１は、感光体ドラム駆動手段（図示せず）に接続され、制御部（図示せず）によって制御が行われ回転駆動される。例えば、それぞれの感光体ドラム３１は、周速度１４５ｍｍ／秒で感光体ドラム３１の軸を中心に、制御部により個別に独立して制御され、感光体ドラム駆動手段によって回転駆動の速度が減速するように制御される。
【００３２】
感光体ドラム３１は、円筒状のアルミニウムからなる導電性基体（厚さ約１μｍ）、該導電性基体の表面に設けられる下引き層（厚さ約１μｍ）、電荷と正孔が発生する電荷発生層（厚さ約０．５μｍ）、発生した正孔が感光体ドラムの表面の電子と中和するために移動するための電荷輸送層（厚さ約２０μｍ）を備える有機感光体ドラムである。尚、本実施形態では、電荷輸送層には、ポリカーボネート樹脂及びヒドラゾン系電荷移剤を用いる。
【００３３】
感光体ドラム３１の表面が帯電装置５１によって帯電（例えば、負帯電）された後に、露光ユニット１３によって露光されると、電荷発生層に電子と正孔が発生する。この電子は、下引き層からアルミニウム等の材料で構成される導電性基体へ移動し、正孔は、電荷輸送層を移動し、感光体ドラム３１の表面の電子と中和して静電潜像を形成する。
【００３４】
有機感光体ドラムでは、長期間に亘る使用による磨耗によって電荷発生層及び電荷輸送層等の感光層の膜厚が減少し、感光体ドラムの膜減りが生じる。この膜減りによって、有機感光体ドラムの電荷保持能力が低下し、長期間に亘る使用によって有機感光体ドラムの表面電位が変化する場合がある。本実施形態では、個々の感光体ドラム３１及び現像装置２を個別に制御し、使用していない感光体ドラム及び現像装置２を個々に独立して駆動することで感光体ドラム３１の膜減りや現像装置２の劣化等が生じることを防ぎ、長期間に亘る使用によって濃度ムラや画像かぶり等のない画像を形成することができる。
【００３５】
帯電装置５１は、感光体ドラム３１の外周面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段である。帯電装置５１は、鋸歯状の複数の先鋭上突起部を有する板状の放電電極（図示せず）と、感光体ドラム３１の表面の帯電電位を調整するスクリーン状のグリッド電極（図示せず）とを備える。尚、本実施形態では帯電装置５１としてストロトロン型帯装置を用いているが、ストロトロン型帯電装置の代わりにチャージ型帯電装置、ローラ型帯電装置又はブラシ型帯電装置等を用いても良い。
【００３６】
帯電装置５１は、放電電極に電圧が印加されることによってコロナ放電し、感光体ドラム３１の表面を帯電させるとともに、グリッド電極に所定のグリッド電極が印加させることによって、感光体ドラム３１の表面の帯電状態を均一化し、感光体ドラム３１の表面を所定の電位及び極性に帯電する。本実施形態において、感光体ドラム３１の表面電位は、−９００Ｖになるように設定されている。
【００３７】
中間転写ベルト５０は、感光体ドラム３１の上方に配置され、中間転写ベルト５０、中間転写ベルト駆動ローラ５２、中間転写ベルト従動ローラ５３及び中間転写ベルトクリーニングユニット６５を備える。また、中間転写ベルト駆動ローラ５２、中間転写ベルト従動ローラ５３、中間転写ベルトテンション機構５４及び中間転写ローラ８８（８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄ）によって、中間転写ベルト５０が張架され、図１の矢印Ｂ方向に回転駆動させられる。
【００３８】
中間転写ベルト５０は、それぞれの感光体ドラム３１に当接するように設けられている。感光体ドラム３１に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト５０に順次重ねて転写することで中間転写ベルト５０上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する。また、中間転写ベルト５０は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されたベルト部材である。中間転写ベルト５０の材質は、主にポリイミド、ポリカーボネート、サーモプラスティック・エラストマー・アロイ等が用いられている。
【００３９】
中間転写ローラ８８によって感光体ドラム３１上に形成されたトナー像は中間転写ベルトに転写される。中間転写ローラ８８は、中間転写ベルト６１の中間転写ベルトテンション機構５４の中間転写ローラ取付部（図示せず）に回転可能に支持されており、感光体ドラム３１上に形成したトナー像を、中間転写ベルト５０上に転写するために転写バイアスを与える。
【００４０】
中間転写ローラ８８には、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。中間転写ローラ８８は、直径８〜１０ｍｍの金属（ステンレス等）軸をベースとし、その表面は、例えば、ＥＰＤＭ（Ethylene Propylene Diene Methylene Linkage）や発泡ウレタン等の導電性の弾性材により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルト５０に対して均一に高電圧を印加することができる。尚、本実施形態では、転写電極としてローラ形状のものを使用しているが、それ以外にブラシなども用いることができる。
【００４１】
このように、感光体ドラム３１上で顕像化された各色相の静電潜像は中間転写ベルト５０で積層され、入力された画像データに対応して画像が形成される。積層されたトナー像は、中間転写ベルト５０の回転によって、転写ローラ８８が配置されている位置に搬送される。転写ローラ８８は、トナー像を記録部材（用紙）に転写させるための電圧（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加される。また、中間転写ベルト５０と転写ローラ８８とは所定のニップ圧で圧接される。転写ローラ８８がニップ圧を定常的に得るために、転写ローラ８８若しくは中間転写ベルト駆動ローラ５２のいずれか一方を硬質材料（金属等）とし、他方を弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ又は発泡性樹脂ローラ）が用いられる。
【００４２】
また、感光体ドラム３１との接触により中間転写ベルト５０に付着したトナー、若しくは、転写ローラ８８によって用紙上に転写が行われず中間転写ベルト５０上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット６５によって除去・回収される。中間転写ベルトクリーニングユニット６５には、中間転写ベルト５０に当接するクリーニング部材としてクリーニングブレード（図示せず）が備えられており、クリーニングブレードが当接する中間転写ベルト５０は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ６２で支持されている。
【００４３】
除電装置（図示せず）は、感光体ドラム３１と中間転写ベルト５０との接触領域を通過する際に帯電した用紙８に対して除電処理を行う。除電装置による除電手法としては、転写電界の極性とは逆極性の電界を中間転写ベルト５１に印加する。
【００４４】
給紙トレイ１４は、画像形成に使用する記録媒体（用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、露光ユニット１３の下側に設けられている。また、画像形成装置１００の上部に設けられている排紙トレイ１５は、印字済みの用紙をフェイスダウンで載置するためのトレイである。
【００４５】
また、画像形成装置１００には、給紙トレイ１４の用紙を転写ローラ８８や定着装置１を経由させて排紙トレイ１５に送るための、略垂直形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。さらに、給紙トレイ１４から排紙トレイ１５までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１１１（１１１ａ、１１１ｂ）、レジストローラ７１、転写ローラ８８、定着装置１及び搬送ローラ１１２（１１２ａ〜１１２ｉ）が配置されている。
【００４６】
搬送ローラ１１２は、記録媒体（用紙）の搬送を促進・補助するための小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１１１ａは、給紙トレイ１４の端部に備えられ、給紙トレイ１４から、用紙を１枚毎に用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。
【００４７】
レジストローラ７１は、用紙搬送路Ｓを搬送されている用紙をいったん保持するローラである。制御部は、レジストローラ７１を再回転させることによって、用紙搬送路Ｓにより搬送された用紙をいったん所定位置に停止させて次の搬送タイミングを計る。用紙の先端の位置と感光体ドラム３１の外周に形成されている画像の先端の位置とが合致するように用紙を、転写ローラ８８を有する転写部に搬送する。
【００４８】
手差しトレイ１６は、主に手動で不定型サイズの用紙を設置して印刷を行う際に用いられ、画像形成装置１００の側面に配置されている。
【００４９】
制御部（図示せず）は、画像形成装置１００における動作を制御する。また、制御部は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータが実行する処理の手順を示した制御プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、作業用のワークエリアを提供するＲＡＭ（Random Access Memory）と、算出した累積トナー補給時間を一時的に記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable ＲＯＭ）不揮発性メモリ、スイッチ（図示せず）からの信号を入力する回路であって入力バッファやＡ／Ｄ変換回路を含む入力回路と、モータやソレノイド又はランプなどを駆動するドライバを含む出力回路等とから構成される。尚、これらの記憶する手段を総称して記憶部（図示せず）と称す。
【００５０】
画像形成装置１００において、時間と共に感光体ドラムや現像剤の経時的な変化に影響されずに一定のトナー濃度や画像出力を得るため、様々な処理の条件を調整して動作が行われている。この調整をプロセスコントロールと称する。具体的に述べると、帯電電位、露光量、トナー濃度の補正量、現像バイアス値、転写電圧値及び定着温度等の調整を行うことである。尚、プロセスコントロールは、プロセスコントロール部（図示せず）によって行われる。
【００５１】
次に、本発明の実施形態に係る定着装置１について、図２及び３を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る定着装置１の概略図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置１における定着ニップ部１２における剥離角度２０を示す概略図である。
【００５２】
本実施形態に係る定着装置１は、図２に示すように、記録媒体（用紙８）の表面に形成された未定着のトナー像９に熱を加えることによって記録媒体に定着させる。
【００５３】
本実施形態に係る定着装置１は、定着ローラ３、加圧ローラ４定着ベルト５、加熱ローラ６、ヒータランプ７ａ、７ｂ、第１のサーミス１１ａ及び第２のサーミスタ１１ｂを備える。
【００５４】
定着ローラ３は、略円筒形の形状を有し、略円筒形の中心軸から外周に向かって芯金及び弾性層が形成される２層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム又は銅等の金属あるいは、それらの合金などが用いられる。弾性層には、シリコンゴム又はフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料を使用する。本実施形態において、定着ローラ３の直径は、約３０ｍｍである。芯金には、直径２０ｍｍのステンレス鋼を用い、弾性層には、厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムを使用する。
【００５５】
定着ローラ３は、略円筒形の中心軸を中心として回転可能に設けられ、加圧ローラ４の回転に従動回転する。定着ローラ３が、定着ベルト５を介して加圧ローラ４に圧接することによって、定着ベルト５を介して、定着ローラ３と加圧ローラ４とが互いに当接する部分である定着ニップ部１２が形成される。定着ローラ３は、加圧ローラ４とは逆方向に、図２及び図３に示す矢符Ｒ２の方向に回転する。
【００５６】
加圧ローラ４は、略円筒形の形状を有し、略円筒形の中心軸から外周に向かって芯金、弾性層および離型層が形成される３層構造を成している。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム銅等の金属若しくは、それらの合金を用いる。弾性層にはシリコンゴム又はフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料を使用する。離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂を使用する。具体的に、加圧ローラ４の直径は３０ｍｍである。また、芯金は、直径２６ｍｍで、肉厚１ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）が用いられる。弾性層は、厚さ１ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いる。離型層には、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを用いる。
【００５７】
また、加圧ローラ４は、略円筒形の中心軸を中心として回転可能に設けられている。加圧ローラ４は、図示しない駆動手段である駆動モータによって回転駆動するローラ状部材である。
【００５８】
ヒータランプ７ａは、加圧ローラ４の内部に配置され、加圧ローラ４を加熱する。サーミスタによって加圧ローラ４の温度が検知され、制御部（図示せず）が、電源回路（図示せず）からヒータランプに電力を供給することによって、ヒータランプ７ａが発光し、ヒータランプ７ａから赤外線が放射される。加圧ローラ４は、加圧ローラ４の内周面がヒータランプ７ａから放射される赤外線を吸収することによって、加圧ローラ４全体が加熱される。本実施形態では、定格電力５００Ｗのヒータランプ７ａが使用される。同様にヒータランプ７ｂは、加熱ローラ６の内部に配置され、加熱ローラ６を加熱する。制御部によって制御される。ヒータランプ７ｂについては後述する。
【００５９】
定着ベルト５は、無端状のベルトであり、ポリイミド等の耐熱樹脂、ステンレス及びニッケルなどの金属材料から成る中空円筒状の基材によって形成される。定着ベルト５は、装着しない状態で、直径が５０ｍｍである。基材の表面には、耐熱性および弾性に優れた、シリコンゴム等のエラストマー材料から成る弾性層が形成される。弾性層の表面には、耐熱性および離型性に優れた、ＰＦＡ又はＰＴＦＥ等のフッ素樹脂である合成樹脂材料から成る離型層が形成されている。
【００６０】
定着ベルト５は、基材、弾性層及び離型層の３層で構成されている。本実施形態において、基材には厚さ５０μｍのポリイミドを用い、弾性層には、厚さ１５０μｍのシリコンゴムを用い、離型層には厚さ１０〜１５μｍのＰＦＡコートを用いる。
【００６１】
加熱ローラ６は、略円筒形の形状を有し、略円筒形の中心軸から外周に向かって赤外線吸収層、芯金および保護層が形成された３層の構造を成している。赤外線吸収層は、耐熱性のカーボン含有塗料が芯金内側に塗装、焼成されることによって形成される。芯金には、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属又はそれらの合金が用いられる。保護層としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。保護層は、定着ベルト５と加熱ローラ６との接触によって、定着ベルト５のポリイミド層および加熱ローラ６が磨耗することを防ぐ。本実施形態において、加熱ローラ６の直径は２８ｍｍであり、赤外線吸収層として厚さ１００μｍのカーボンブラック塗装を用いる。また、芯金は、直径２８ｍｍであり、肉厚が１ｍｍである中空アルミニウムを用いる。保護層は、厚さ５０μｍのＰＴＦＥコートを用いる。
【００６２】
また、加熱ローラ６の内部には、加熱ローラ６を加熱するヒータランプ７ｂが配置される。制御部（図示せず）が、電源回路（図示せず）からヒータランプ７ｂに電力を供給させることによって、ヒータランプ７ｂが発光し、ヒータランプ７ｂから赤外線が放射される。加熱ローラ６は、加熱ローラ６の内周面がヒータランプ７ｂから放射される赤外線を吸収することによって、加熱ローラ６全体が加熱される。本実施形態では、定格電力９００Ｗのヒータランプ７ｂが使用される。加熱ローラ６には、加熱ローラ６から見て定着ローラ３が配置される方向とは逆方向に、所定の荷重、たとえば５０Ｎが付与される。定着ベルト５にはテンションが与えられるので、加熱ローラ６は、定着ベルト５の回転に伴って回転する。
【００６３】
加熱ローラ６によって所定の温度に加熱された定着ベルト５は、未定着のトナー像が形成された用紙８が定着ニップ部１２を通過する際に、該用紙８を加熱する。定着ベルト５は、加熱ローラ６と定着ローラ３とによって懸架されている。定着ベルト５は、加圧ローラ４の回転に従動し、図２に示す矢符Ｒ２の方向に回転する。加圧ローラ４が矢符Ｒ１の方向に回転し、定着ベルト５が矢符Ｒ２の方向に回転することによって、用紙８が定着ニップ部１２を通過する。
【００６４】
次に本発明の定着装置１において、用紙８の剥離性を向上させる設定条件及び用紙８のカール防止となる設定条件について、図３を参照して具体的に説明する。
【００６５】
図３に示すように、定着ローラ３と加圧ローラ４とが互いに圧接されると、定着ニップ部１２が形成される。本実施形態においては、定着ニップ部１２の用紙搬送方向の幅（以下「ニップ幅」という）は７ｍｍである。定着ニップ部１２には、未定着トナー画像９を担持した被定着部材である用紙８が給紙される。用紙８が定着ニップ部１２を通過することによって、用紙８にはトナー像が定着される。用紙８が定着ニップ部１２を通過する際、定着ベルト５は、用紙８のトナー像形成面に当接し、加圧ローラ４は、用紙８におけるトナー像形成面とは裏面側の面に当接する。定着ローラ３と加圧ローラ４とは、所定の荷重、たとえば４００Ｎで互いに圧接される。
【００６６】
図３では、定着ローラ３と加圧ローラ４とが互いに圧接して形成される定着ニップ部１２の用紙出口点３０（用紙が搬送される側の定着ニップ部端部）における、定着ローラ３の接線Ｌ１が示されている。
【００６７】
剥離角度２０は、用紙８の搬送方向ＰＤと、定着ニップ部の出口点（用紙の搬送方向の定着ニップ部端部）における定着ローラ３の接線Ｌ１とによって形成する角度によって定義される。
【００６８】
本実施形態において、該剥離角度２０の角度を最適化して、用紙の剥離性を向上するとともに、用紙がカール（反り）することを防止する。
【００６９】
剥離角度２０は、定着ローラ３及び加圧ローラ４の径、重量、それらの外周部に形成する弾性層の硬度等によって異なる。従って、様々なタイプの定着ローラ３及び加圧ローラ４を組み合わせることで、最適な剥離角度を設定することが出来る。用紙の剥離性は、剥離角度２０、用紙坪量２９、プロセス速度（プロセスコントロールにおける速度）、トナー量によって決定される。
【００７０】
図４は、用紙の剥離性を向上させる好適な条件を見出すために行われた実験の結果を表す表図である。該実験では定着ローラ３、加圧ローラ４及びニップ重量３２を変えた場合の剥離角度２０、用紙坪量２９、用紙の剥離性の判定（剥離性判定３１）を表している。
【００７１】
さらに、定着ローラ３と加圧ローラ４において、それぞれ３つのパラメータ（外径３３ａ、３３ｂ、ゴム厚３４ａ、３４ｂ、硬度３５ａ、３５ｂ）を指標として、異なる種類を用いて実験して比較検討した。
【００７２】
また、剥離性判定３１において、用紙８の定着ベルト５への巻き付き、用紙８のトナー像形成面の光沢の低下又はホットオフセットの発生が生じた場合に、不良であると判定され、図４に示すように、不良を示す記号ＮＧが表示されている。一方、用紙８のトナー像形成面の光沢の低下又はホットオフセットの発生が生じておらず、画像が良い場合に、良好であると判定され、良好を示す記号ＯＫが表示されている。
【００７３】
具体的に上記の実験で使用する画像は、トナー量１．０ｍｇ／ｃｍ２の黒ベタ画像を用い、プロセス速度は、２２０ｍｍ／ｓとして実験を行った。
【００７４】
図５は、剥離角度２０と、用紙坪量２９との関係を示した概略図を示す。図５では、縦軸に剥離角度２０、横軸に用紙坪量２９とする。また、剥離性判定の不良を示す記号ＮＧを×で表記し、良好を示す記号ＯＫを○で表記し、剥離角度２０と、用紙坪量２９との関係を示した。
【００７５】
上記の実験では、用紙坪量２９に応じて、用紙８の剥離性を示す剥離角度２０の臨界値が存在することが分かる。坪量６０ｇの用紙８の場合、剥離角度２０は、２０度以上必要である。また、坪量５６ｇの用紙８の場合、剥離角度２０が２３度以上必要であることが実験から導き出された。用紙の消費量を削減する取り組みによる一環として、薄い用紙が使用される場合が多いことを鑑み、坪量５６ｇの用紙における剥離角度２０が２３度に保たれるように定着ローラ、加圧ローラ及びニップ荷重を設定することが好ましい。
【００７６】
尚、図５に示すような剥離角度２０と用紙坪量２９との関係を適用できる動作条件の範囲において、プロセス速度は、１７０〜２３０ｍｍ／ｓ、トナー量は１．１ｍｇ／ｃｍ２以下とする。
【００７７】
トナー量が多くなる場合若しくはプロセス速度が増大する場合は、同じ剥離角度でも、剥離性は減少するが、別途、剥離角度の臨界値を設けることで、用紙の剥離性の低減に対応できる。
【００７８】
図６は、剥離角度２０と、用紙のカール量４０との関係を示した概略図を示す。図６では、縦軸に用紙のカール量４０、横軸に剥離角度２０として、剥離角度２０と用紙のカール量４０との関係を示す。
【００７９】
図６に示すように、剥離角度２０が大きくなるにつれて、用紙のカール量４０も増大することが分かる。この場合、用紙のカール量４０は、６８ｇの用紙の白用紙を５枚に重ねた場合の先端と後端の浮き上がり量を平均した値である。用紙のカール量４０が大きい場合、給紙トレイ１４上にストックできる用紙の枚数が制限され、また、用紙の搬送不良を引き起こす弊害が生じるおそれがある。
【００８０】
そこで、用紙のカール量４０を低減させる方法として、定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴを小さくすることが効果的である。しかしながら、図７に示すように、トナー像を用紙に定着させる動作（ＪＯＢ）中において、第２のサーミスタ１１ｂによる加圧ローラ４の検知温度Ｔ１（詳しくは、加圧ローラ４の中心部におけるセンター温度）は低下する。定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴは、トナー像を用紙に定着させる動作が係属するにつれて広がる。
【００８１】
尚、図７〜９において、横軸に時間Ｔ、縦軸に温度Ｃ、定着ベルトの温度設定値Ｐ１、加圧ローラの温度設定値Ｐ２、ホットオフセット期間ＷＵＰ、定着ベルト５の温度Ｔ２、加圧ローラ４の中心部におけるセンター温度Ｔ３(Ｔ３ａ、Ｔ３ｂ）、第２のサーミスタ１ｂの検知温度Ｔ１、定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴ（ΔＴ１、ΔＴ２）は共通である。
【００８２】
図７に示すように、トナー像を用紙に定着させる動作の所定時間経過後における定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴ２は、トナー像を用紙に定着させる動作の開始時（ＪＳ）における定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴ１に比べると増大していることがわかる。
【００８３】
第２のサーミスタ１１ｂは、接触して加圧ローラ４の温度を検知するが、この接触により加圧ローラの接触面にキズ等を生じ、定着されるトナー像に影響を与えることのないように、定着ニップ部１２の反対側（非通紙部）に設置され、加圧ローラの中心部の温度（センター温度）を検知している。しかし、加圧ローラの温度が非通紙部で行われるため、用紙が定着ニップ部１２を通過中に生じる加圧ローラ４の温度低下を正確に検知できないことがある。
【００８４】
そこで、図８に示すように、加圧ローラ４の温度を段階的に引き上げ、結果的に定着ニップ部における用紙通過部（定着ニップ部中央）の温度を維持する。具体的には、予め記憶部に記録された所定の補正値に基づき制御部（図示せず）がヒートランプ７ａを制御して加圧ローラ４を加熱する。この加圧ローラ４の温度制御によって、トナー像を用紙に定着させる動作中に加圧ローラ４の温度低下を抑えることができ、用紙のカール量を低減することができる。
【００８５】
また、加圧ローラ４の温度を段階的に引き上げは、使用する用紙の枚数に応じて段階的に引き上げてもよい。このように設定することで定着する動作に伴う加圧ローラの温度低下に対応できる。
【００８６】
制御部がヒートランプ７ａの制御よって加圧ローラ４の温度の調整を行う場合、加圧ローラ４の内部に設けられたヒートランプ７ａの熱が加圧ローラ４の表面に素早く到達することが必要である。熱が加圧ローラ４に到達する際の熱伝導速度は、加圧ローラ４の厚さによって異なる。図９に示すように、加圧ローラ４の厚さの違いによる加圧ローラの中心部の温度（センター温度）が異なることが分かる。
【００８７】
これは、加圧ローラ４のゴム厚が増加すると、ヒートランプ７ａからの熱伝導が遅れるためである。加圧ローラ４の表面の温度の落ち込みを回復するためにはより長い時間とより大きな電力が必要とされる。図９に示すように、ゴム厚１ｍｍはゴム厚２ｍｍより薄い厚さである場合、ゴム厚１ｍｍの加圧ローラ４のセンター温度Ｔ３ａは、ゴム厚２ｍｍの加圧ローラ４のセンター温度Ｔ３ｂよりも温度の低下が少ないことが分かる。
【００８８】
本実施形態では、用紙８のカール量を抑えるため、トナー像を用紙に定着させる動作（ＪＯＢ）中において、定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴの上限は、５０度以下する。また、用紙の両面をコピーする時の１面目のホットオフセットを防止することを考慮し、定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴの下限は、２０度とする。従って、温度差ΔＴは２０度から５０度の範囲に制限され制御される。
【００８９】
図１０は、加圧ローラ４の各ゴム厚３４ｂ（０，３〜２．０ｍｍ）に対応する加圧ローラ４のセンター温度の落ち込み３６及び梨地ムラ３７との関係を表した表図である。
【００９０】
図１０に示すように、加圧ローラ４のゴム厚によって加圧ローラ４のセンター温度の落ち込み３６は影響を受ける。加圧ローラ４のゴム厚が１．５ｍｍ以下である場合、加圧ローラ４のセンター温度の落ち込み３６は、３０度まで許容することができ、定着ベルト５と加圧ローラ４との温度差ΔＴの拡大による用紙のカールを抑えることができる。
【００９１】
また、加圧ローラ４の各ゴム厚３４ｂは０．５以上にすることで、画像表面の凹凸及び光沢ムラである梨地ムラが発生することを抑えることができる。このため、加圧ローラ４の各ゴム厚３４ｂは、０．５ｍｍ以上にすることが望ましい。図１０に示す判定結果３８は、良い結果を○、悪い判定結果を×とし、加圧ローラ４のセンター温度の落ち込み３６及び梨地ムラ３７を考慮した判定を行った結果を示す。
【００９２】
本実施形態に示す剥離角度２０及び加圧ローラ４の厚さに基づき、剥離角度２０及び加圧ローラ４の厚さを設定することで、用紙８が定着ベルト５から離れ良くなって用紙剥離性が向上することができ、且つ用紙８のカールを防止することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１  定着装置
３  定着ローラ
４  加圧ローラ
５  定着ベルト
６  加圧ローラ
７ａ、７ｂ  ヒータランプ
８  用紙
１１ａ  第１のサーミスタ
１１ｂ  第２のサーミスタ
１２  定着ニップ部
２０  剥離角度
３０  用紙出口点
１００  画像形成装置
Ｒ１、Ｒ２  回転方向
Ｌ１  接線
【図１】
0005323871.tif 000002
【図２】
0005323871.tif 000003
【図３】
0005323871.tif 000004
【図４】
0005323871.tif 000005
【図５】
0005323871.tif 000006
【図６】
0005323871.tif 000007
【図７】
0005323871.tif 000008
【図８】
0005323871.tif 000009
【図９】
0005323871.tif 000010
【図１０】
0005323871.tif 000011